NASA ser til solformørkelse for at hjælpe med at forstå Jordens energisystem

Det var midt på eftermiddagen, men det var mørkt i et område i Boulder, Colorado den 3. august 1998. En tyk sky dukkede op over hovedet og dæmpede jorden nedenfor i mere end 30 minutter. Godt kalibrerede radiometre viste, at der var meget lave lysniveauer, der nåede jorden, tilstrækkeligt lav til at forskere besluttede at simulere denne interessante begivenhed med computermodeller. Nu i 2017, inspireret af begivenheden i Boulder, NASA -forskere vil udforske månens formørkelse af solen for at lære mere om Jordens energisystem.

Den 21. august kl. 2017, forskere ser til dette års samlede solformørkelse, der passerer tværs i Amerika for at forbedre vores modelleringskapacitet for Jordens energi. Guoyong Wen, en NASA -forsker, der arbejder for Morgan State University i Baltimore, leder et team til at indsamle data fra jorden og satellitter før, under og efter formørkelsen, så de kan simulere årets formørkelse ved hjælp af en avanceret computermodel, kaldet en 3D-strålingsoverførselsmodel. Hvis det lykkes, Wen og hans team vil hjælpe med at udvikle nye beregninger, der forbedrer vores estimater af mængden af ​​solenergi, der når jorden, og vores forståelse af en af ​​nøglespillerne i reguleringen af ​​Jordens energisystem, skyer.

Jordens energisystem er i en konstant dans for at opretholde en balance mellem indgående stråling fra solen og udgående stråling fra jorden til rummet, som forskere kalder Jordens energibudget. Skyernes rolle, både tyk og tynd, er vigtig for deres effekt på energibalancen.

Som en kæmpe sky, månen under den totale solformørkelse i 2017 vil kaste en stor skygge hen over et skår i USA. Wen og hans team kender allerede månens dimensioner og lysblokerende egenskaber, men vil bruge jord- og ruminstrumenter til at lære, hvordan denne store skygge påvirker mængden af ​​sollys, der når Jordens overflade, især omkring kanterne af skyggen.

"Det er første gang, vi er i stand til at bruge målinger fra jorden og fra rummet til at simulere månens skygge, der går over Jordens overflade i USA og beregner energi, der når jorden, "sagde Wen. Forskere har foretaget omfattende atmosfæriske målinger under formørkelser før, men dette er den første mulighed for at indsamle koordinerede data fra jorden og fra et rumfartøj, der observerer hele den solbeskinnede jord under en formørkelse, takket være National Oceanic and Atmospheric Administration's Deep Space Climate Observatory lanceret (DSCOVR) i februar 2015.

Selvom månen blokerer solen under en solformørkelse og skyer, der blokerer sollys til Jordens overflade, er to forskellige fænomener, begge kræver lignende matematiske beregninger for nøjagtigt at forstå deres virkninger. Wen forventer, at dette eksperiment vil hjælpe med at forbedre de nuværende modelberegninger og vores viden om skyer, specifikt tykkere, skyer i lav højde, der til enhver tid kan dække omkring 30 procent af planeten.

I dette eksperiment, Wen og hans team vil simulere den totale solformørkelse i en 3D-strålingsmodel, som hjælper forskere med at forstå, hvordan energi spredes på Jorden. I øjeblikket, modeller har en tendens til at skildre skyer i en dimension. I mange tilfælde, disse endimensionelle beregninger kan skabe nyttige videnskabelige modeller til forståelse af atmosfæren. Nogle gange dog en tredimensionel beregning er nødvendig for at give mere præcise resultater. Den store forskel er, at 3D-skyer reflekterer eller spreder solenergi i mange retninger, fra toppen og bunden, og også ud af siderne af skyer. Denne 3D-adfærd resulterer i, at forskellige mængder energi når jorden, end en endimensionel model kunne forudsige.

"Vi tester evnen til at udføre en bestemt form for kompleks beregning, en test af en 3-D matematisk teknik, for at se, om dette er en forbedring i forhold til den tidligere teknik, "sagde Jay Herman, forsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, og medforsker af projektet. "Hvis dette lykkes, så får vi et bedre værktøj til at implementere i klimamodeller og kan bruge det til at besvare spørgsmål og Jordens energibudget og klima. "Til den kommende formørkelse, Wen og hans teammedlemmer bliver stationeret i Casper, Wyoming, og Columbia, Missouri for at indsamle oplysninger om mængden af ​​energi, der overføres til og fra Jorden før, under og lige efter formørkelsen med flere jordinstrumenter.

Et jordbaseret, NASA-udviklet Pandora Spectrometer Instrument vil give oplysninger om, hvor meget af en given bølgelængde af lys, der er til stede, og et pyranometer måler den samlede solenergi fra alle retninger, der kommer ned mod overfladen. Umiddelbart før og efter formørkelsen vil forskerne måle andre oplysninger, såsom mængden af ​​absorberende sporgasser i atmosfæren, såsom ozon, nitrogendioxid og små aerosolpartikler, der også skal bruges i 3D-modellen.

I mellemtiden i rummet, NASA's Earth Polychromatic Imaging Camera, eller EPIC, instrument ombord på DSCOVR -rumfartøjet, vil observere lyset, der forlader Jorden og give forskere mulighed for at estimere mængden af ​​lys, der når jordens overflade. Derudover NASAs to MODIS -satellitinstrumenter, ombord på agenturets Terra- og Aqua -satellitter, lanceret i 1999 og 2002, henholdsvis, vil give observationer af atmosfæriske og overfladeforhold til tider før og efter formørkelsen. Forskerne vil derefter kombinere jordmålinger med dem, der observeres af rumfartøjet.

Dette eksperiment supplerer NASAs årtier lange engagement i at observere og forstå bidrag til Jordens energibudget. I mere end 30 år har NASA har målt og beregnet mængden af ​​solenergi, der rammer toppen af ​​vores atmosfære, mængden af ​​solens energi, der reflekteres tilbage til rummet, og hvor meget termisk energi der udsendes af vores planet til rummet. Disse målinger har været mulige takket være instrumenter og missioner som ACRIMSAT og SOLSTICE (lanceret i 1991), og SORCE, lanceret i 2003 samt serien af ​​CERES -instrumenter fløjet ombord på Terra, Aqua, og Suomi-NPP (lanceret i 2011).

Dette efterår, NASA vil fortsat overvåge forholdet mellem sol og jord ved at lancere Total og Spectral Solar Irradiance Sensor-1, eller TSIS-1, til den internationale rumstation og den sjette skyer og jordens CERES -instrument for strålingsenergisystem, CERES FM6, at gå i kredsløb senere på året. Fem CERES -instrumenter befinder sig i øjeblikket i kredsløb ombord på tre satellitter.